早い吸水速度をもつ布同士の 吸水速度の比較について 山 梨 大 学 勢 田 A Comparison of the Water Absorbency among the Clothes Having Quick Rate of Water Uptake by Jiro Seta Faculty of£ducation, Yamana功川ワフliversity ABSTRACT 一 一 Water absorbency of various towels were studied by modified Larose Method , which consists of a vertical glass cell in order to observe the position of meniscus by the use of the laser scanning micrometer . Profile of the water uptake could be roughly e χpressed by the equation similar to that of diffusion by cylindrical coordinates . It is ∂u/∂t=α(∂2u/∂r2+1 /r・∂リ/βΓ)十β∂2u/∂z2, where u is absorbed ratio to the equilibrium uptake , t is time , and r and z are the space coordinates measured along parallel and perpen - dicular directions to the plane of towel , respectively 。 The magnitude of coefficients, a andβdetermined by the Simula - tion, is a measure of water absorbency and we can discuss the comparative merits of the towels from these terms . The value ofβis smaller than that of α for every sample. These coefficients could not be related with the towり1 constructions, butβwas certainly con - nected with the area of towel in contact with glass filter , estimated by the image scanner method . デサントスポーツ科学Vol . 15 郎 269
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
早い吸水速度をもつ布同士の
吸水速度の比較について
山 梨 大 学 勢 田
A Comparison of the Water Absorbency among
the Clothes Having Quick Rate of Water Uptake
by
Jiro Seta
Faculty of£ducation, Yamana 功川ワフliversity
ABSTRACT
一
一
Water absorbency of various towels were studied by modified
Larose Method , which consists of a vertical glass cell in order to
observe the position of meniscus by the use of the laser scanning
micrometer . Profile of the water uptake could be roughly eχpressed
by the equation similar to that of diffusion by cylindrical coordinates.
It is
∂u/∂t=α(∂2u/∂r2+1 /r・∂リ/βΓ) 十β∂2u/∂z2,
where u is absorbed ratio to the equilibrium uptake, t is time, and r
and z are the space coordinates measured along parallel and perpen-
dicular directions to the plane of towel, respectively。
The magnitude of coefficients , a and βdetermined by the Simula -
tion, is a measure of water absorbency and we can discuss the
comparative merits of the towels from these terms. The value ofβis
smaller than that of α for every sample. These coefficients could not
be related with the tow り1 constructions , but βwas certainly con -
nected with the area of towel in contact with glass filter, estimated
by the image scanner method .
デサントスポーツ科学Vol . 15
郎
269
―・270
要 旨 ∇
早 い 吸 水 速 度 を も つ 数 種 の タ オ ル の 吸 水 性 に つ
い て , 垂 直 に 保 持 し た ガ ラ ス セ ル 中 の 液 面 変 化
を , レ ー ザ ー 走 査 マ イ ク ロ メ ー タ ー で 測 定 す る 改
良 う ロ ー ズ 法 を 用 い て 検 討 し た . タ オ ル の 吸 水 プ
ロ フ ィ ル は , 円 柱 座 標 系 で 表 し た2 次 元 の 拡 散 方
程 式 と 同 型 の つ ぎ の 微 分 方 程 式 に よ り , 大 略 表 現
す る こ と が で き た .
∂u /∂t ~a (∂2u /∂r2+ 1 fx・∂u /∂r)
∧ 十β∂2u /∂z2
こ こ に ,u は 平 衡 吸 水 量 に 対 す る 吸 水 量 の 比 で
あ り ,t は 時 間 , r , z は 布 面 の 平 行 お よ び 垂 直 方
向 の・座 標 軸 で あ る . シ ミ ュ レ ー シ ョ ン か ら 得 た
a ,β に よ り , タ オ ル の 吸 水 性 を 比 較 で き る . ど の
試 料 に つ い て も ,α >β の 結 果 が 得 ら れ た が √ こ の
吸 水 係 数 と タ オ ル の 構 造 と の 間 に 明 確 な 関 係 は 見
い 出 せ な か っ た . し か し な が ら・, ガ ラ ス フ ィ ル
タ ー と タ オ ル の 接 触 面 積 と , β と の 間 に は 良 好 な
相 関 性 が 存 在 し た .
一緒 ’言 ‥ 厂
綿 タ オ ル や ス ポ ー ツ ウ ェ ア 等 の よ う な 高 吸 水 性
繊 維 製 品 が , 水 や 汗 等 の 水 滴 を 吸 水 す る 時 間 は ,
滴 下 法 (JIS L 1096 ) に よ れ ば1 秒 以 内 に 完 了 す
る の で , こ の よ う な 早 い 吸 水 速 度 を も っ 布 同 士 の
吸 水 速 度 を 比 較 す る こ と は 容 易 で は な く , こ の た
め に , 高 速 吸 水 性 繊 維 製 品 に つ い て も 定 量 的 に 取
り 扱 え る バ イ レ ッ ク 法 が 従 来 よ り 採 用 さ れ て き
た . こ の 方 法 は , 布 面 に 平 行 方 向 の “水 の 吸 い 上
げ 高 ざ を 尺 度 と す る た め に , 吸 水 速 度 を 厳 密 に
= 表 現 す る も の で は な く , こ の 評 価 結 果 を 用 い た
「 朝 シ ャ ン タ オ ル 」 の 社 会 問 蕾 )が 発 生 し た . コ
こ れ に 対 し て , 布 面 に 垂 直 方 向 の 吸 水 速 度 測 定
法 と し て , い わ ゆ る “ ラ ロ ー ズ 法2)” に よ る 吸 水 測
定 か 注 目 さ れ3), 通 産 省 に よ る 高 吸 水 性 繊 維 製 品
分 科 会 報 告 (平 成3 年2 月 )4) に お い て も 改 良 ラ
ローズ法による評価方法が推奨されている.この
方法は実際の衣服による汗等の吸水現象に近く,
布面に垂直と平行の両方向の寄与を含んでいる.
これらめ方法を高速吸水性繊維製品に適用する
場合には, 目視による水位変化の測定では吸水開
始時刻や数秒以内の初期の挙動を捉えることはで
きず√さらに特定の試験条件下での比較しかでき
ないレ そこで,著者はラローズ法 による測定を,
レーザー走査マイクロメーターを用い自動化し5),
さらに,改良 クローズ法を用い,布 と水との接触
面積を変えて測定した結果と,2 次元拡散方程式
と類似の微分方程式を用いたシミュレ ーション結
果とを比較することにより,布面 に垂直と平行の
2 方向の吸水係数を用いて,吸水挙動が表現でき
ることを提案した6). し
本報告で は,吸水量および吸水速度の大きな市
販の数種のタオルについて,上述 の吸水係数を求
め吸水性を比較した結果について述べる.
1 .方 法 \ ▽
既報りこ従い,図1 に示したガラ スフィルター
(G2 , JIS)のろ過板め表面 まで水を 満たし,その
上 に円形(直径4 cm)の試験布と所定荷重(17 gf
/cm2) を置き√測定開始時に5cm 下方に調整し
た測定管の水面の低下度合いを, レーザー走査マ
イクロメーターとパーソナルコンピ ュータにより
自動 的に記録した.図2 は一一例 として,表1 の
N0 .3試料について√ 改良 ラロ ーズ法による吸水
実験結果を0 .5秒ごとに示したものである. 図か
ら平衡吸水量(E )とその1 /2を吸水するのに要
する時間tlz2を得ることができる.E は測定開始
後100 秒後の値を用いた.また,蝠2は吸水速度の
尺度となる.本報では既報9と異なり,測定管を垂
直に保持している. このことによる既報との差に
ついては次節で考察する.
使用したタオルは,市販のパイル地の中から素
材が同じ(綿)である織パイル6 種, および素材
デサントスポーツ科学Vol . 15
図I Experimental apparatus 卜
Water level of glass cell (G )was set to
under 5 cm from the glass filter (F ) at
first. The position of meniscus was ob -
served by the use of laser scanning micro
meter (L )
C : personal computer, R : water reser-
voir, S : samle towel, T : fleχible tubing,
w : weight
S F
(l
)jjjXjS
陬
l
0 .8
0 .6
0 .4
0.2
0
0
10 20 30
Time (S )
-27 工一
40 50
図2 Water absorbency of the sample (N0 .3)
measured by modified Larose l ・method
Water is absorbed through PET disk with
a hole, 2 cm in diameter
E : equilibrium uptake (Mo ),tjア2:time
/ required for the water uptake to be
absorbed to 0.5 Mo
表1 Towel constructions
臨 Sample
Ground weave PileThickness
under
17gf/cm!
(m )
Weight
(g/㎡)
counts densitycounts
(tex)
density
(cm-2)
length
(d/do)
warp weft
(tex)
warp weft
(cm-1)
1 A : 100% 20/2 20/2 11 17 20/2 35 3.4 2.7 289
2 C : 100% 30 35 n 14 30 20 4.4 1.5 218
3 ノノ 29 37 12 15 15/2 30 2.9 2.0 197
4 μ 20 28 25 21 28 49 9.2 3.0 421
5 μ 30 30 13 18 28 42 5.8 2.6 308
6 C /R 28 30 13 19 17/2 43/2* 42 4.5 3.8* 1.9 294
7 C : 100% 29 28 14 19 29 54(30) 4.4 L9 270
C /R : Cotton and Rayon are alternately used as pile yarn and the ground weave are all cotton
A : Acrylic, C : Cotton, ’:Rayon Pile, ( ):back pile, d/do : referred to the text
の異なる(アクリル)織パイル1 種である.これ
らは家庭洗濯機により,塩見ら に゙従い洗濯後,標
準条件下で調湿し使用した.表1 に洗濯処理後の
試料の概略を示す.なお,表中の荷重厚さは,吸
デサントスポーツ科学Vol . 15
水実験と同じ荷重 (17 gf/cm2) 下で の厚さであ
り, また, パイル長さとは, タオル表 面において
パ イル方向 に間隔dl で刻印した後, パイル糸を
ほぐして初荷重CJIS L 1096)下 に刻 印間隔d を
― 272 一
得,d/dOと七て求めたものである.また,吸水実
験にはイオン交換蒸留水を用いた. /
2 .結果と考察 \ ト ニ
2.1 垂直測定管によるラローズ法 卜
本報告においては,吸水量の大 きいタオルを対
象とするので,既報“ )に述べたラロ ーズ法におけ
る測定管を水平に保持する方法(以降,水平法と
呼ぶ) では,太い測定管が使えず√レーザー走査
マイクロメ ーター (LSM ) の測定範囲の制約か
ら, タオルの平衡吸水量を得るまで測定できない
場合が生じた.そこで本報では,図1 のように測
定管(断面1 cmX 1 cm, 高さ10 cm , パイレック
スガラス製光学セル)を垂直に設 置することにし
た.この方法(以降√垂直法と呼ぶ) は,水平法
と比較すると,吸水実験中に布と測定管中の液面
とのヘッド差(H )が変化し,式(1 )に示す吸水
力が測定中に変わるという欠点があるが,測定管
の大きさの制限がなく,吸水量の多い試料を平衡
値まで測定できる長所がある. まず欠点であるH
の変化の影響を見積った. すなわち, Miller ら8)
に従い,吸水速度を式(1 )で表現する.
dV /dtこ(2 γc(jsθ’/R-Hgff)πR4/(8 ηx)
\\ (1 )
ここに, dV/dtは体積速度, r, 8,7]は流体の表
面張力, 密度および粘度であり,θは接 触角さら
にR ,x は毛細管の半 径および長さであり, また
g は重力加速度である.式 (1 ) からヘッド差H
が増加すると,吸水力 は減少することがわかる.
この吸水力の低下度合いを,吸水開始時の吸水力
(H =5cm )に対する比として,R こ1 ,5 (μm )
とθ=0 ,60°の場合について計算した.結果を図
3 に示す.
図に明らかなように,計算に使用した条件下で
は,吸水力 の低下は5 % 以下である.さらに,ぬ
れ性のよい綿の場合 にはθ=O に近 く,米田 ら1)
の最近 の結果によれば水分移動を支配するのが1
1
.91
QQQOに{
切口冫i
{
゛OO
}‘4″{
0 .9
5 6 7 8 9 10
Negative Pressure Gradient (cm )
図3 Effect of negative pressure head , H cm, on
the driving force (2 7 cosθ/R-Hg δ)in the
equation (1 )
μm 程度の布中のすきまにあるとすれば√ 図から
吸水力 の低下はより小さく見積 れる. また,本報
の場合,試料の大 きさ(直径4 cm)から吸水量は
lml 以下であり,水面の低下長 は約1cm 以下で
ある.したがって,吸水力変化が実験結果に大き
く影響するごとはないと考えられる.
さらに,測定管の断面積を大きくすれば,H の
変化量をより小さくすることも可能である.表2
は,3 種の試料について水平法(A )と垂直法(B )
による吸水実験結果を比較したものである.平衡
値 はほぼ二致するが,tlz2は一致して いない.これ
は,既報5)に述べたように,吸水実験における荷重
操作に依存する実験誤差内であり, 両者に大きな
差異は認 められない.したがって, 垂直法は水平
表2 Comparison of water absorbency
Sample cloth
Equilibrium
uptake (m //g)
Rate of uptake
tl/2(S)
(A ) (B) (A) (B)
Kanakin
Cotton towel
Acrylic towel
1.7
2.8
3.2
1.7
2.8
3.0
1.4
1.1
1.2
0.5
0.6
1.9
(A ):Conventional Larose method
(B ):Glass cell was held vertically
デサントスポーツ科学Vol . 15
図4 Water absorbency of the sample (No . 5 )
M ,/Mo is the ratio of water uptake to the
equilibrium . A, B and C are experimental
results and a, b and c are numericaly cal-
culated, respectively
A : conventional Larose Method ,
B and C : water IS absorbed through PET
disk with a hole , 2 cm and l cm in
diameter , respectively
40 50
表3 !Water absorbency of various towels by modified Larose
method
デサントスポーツ科学VO 囗5
a) Water is absorbed through PET disk with a ho!e, 2 cm in